1、淄博職業學院離子膜燒堿生產操作課程教學方案教師： 序號：3授課時間授課班級學員上課地點多媒體教室、化工仿真實訓室和化工單元操作實訓室學習內容任務1 一次鹽水的制備化工液體輸送學時22教學目標專業能力能認知化工液體輸送設備的規格、選型、材質要求；能認知化工管路的組成，能進行直管管路的阻力、閥門及異徑管等管件的局部阻力的基本計算；會根據使用要求，進行安裝和拆卸化工液體輸送的設備。 能獨立完成化工液體設備離心泵等設備的開停車操作。方法能力學會管路阻力的計算方法，能完成化工液體輸送的操作方法。學會轉動設備的操作性能、結構特點和使用維護保養方法，完成任務小組內、外部資源協調使用的方法。社會能力實訓過程要

2、團結協作，互相幫助，積極完成任務。目標群體之前學生已經學習了任務指導，熟悉了工作任務的要求和目標，為完成工作任務，先利用化工管路拆裝實訓裝置，已掌握化工管路拆裝操作和掌握管路的選用的方法。為完成工作任務，先學習一下流體輸送的機械設備及其操作方法，通過離心泵的操作訓練，提高學生的實際動手能力。教學環境多媒體教室、化工仿真實訓室和化工單元設備操作實訓室教學方法Ø 教學做一體化討論提問法，理論+仿真實訓，理論+現場實訓時間安排教學過程設計一、任務資訊1、 液體輸送方面的基本理論與實踐應用方面的知識。2、 離心泵工作原理及開停車操作方面的知識。二、任務決策要完成化工液體的輸送任務，就必須要明

3、白化工液體是怎樣實現化工液體輸送，以滿足化工生產過程的需要，這就要我們一起了解化工管路內液體的流動情況和實現化工液體輸送的方法。要完成這個任務需要進行集中講解和分組操作液體輸送的仿真系統以及現場操作。三、任務計劃根據任務完成的決策方法，預計完成化工液體輸送的基本操作的理論基礎需要10學時；完成化工液體輸送機械的操作方法與實踐需要11學時，進行任務完成情況檢查需要30分鐘。進行任務完成情況評價與點評需要20分鐘，完成任務完成的總結提升與下一任務的布置需要10分鐘。前10學時基礎理論、后12學時進行訓練和操作。四、任務實施Ø 基礎理論學習。Ø 流體阻力測定仿真實訓。Ø

4、 離心泵工藝仿真實訓。Ø 流體阻力測定實操。（一）化工液體輸送1、流體力學的研究對象研究對象：水和空氣。基礎：牛頓運動定律和質量守恒定律.幾個重要概念： 單元操作：單元操作是化工生產過程中普遍采用的，遵循共同的物理學定律，所用設備相似，具有相同作用的基本操作。 物料衡算物料衡算：根據質量守恒定律，在任何一個化工過程中，向該過程輸入的物料量等于從該過程中輸出的物料量與累計于該過程的物料量之和。 G入=G出+G積 (1-1)對于連續穩定操作的系統，系統中無物料積累，G積 =0。 注意：進行物料衡算時，）確定衡算系統，并將其圈出，列出衡算式，求解未知量。 選定計算基準，一般選沒有變化的量作

5、為衡算的基準。 確定衡算對象的物料量和單位，衡算中單位應統一。 能量衡算 能量衡算：利用能量傳遞和轉化的規律，通過平衡計算能量的變化稱為能量衡算。對于連續操作的系統，當系統中無熱量積累時， Q入 = Q出 + Q損 (1-2) 平衡關系平衡關系：物理和化學變化過程，達到一定的方向和極限時的各物理量之間的關系。 過程速率過程速率：單位時間內過程的變化稱為過程速率。 經濟效益經濟效益= (1-3)（二）化工流體的流動流體：氣體與液體的總稱。不可壓縮性流體：如果流體體積不隨壓力及溫度變化而變化，如液體，則稱為不可壓縮性流體。可壓縮性流體：流體體積隨壓力及溫度變化而變化，如氣體，則稱為可壓縮性流體。1

6、、流體的主要性質密度 密度：單位體積流體的質量稱為密度。 (1-5) 相對密度相對密度：是指液體的密度與的純水的密度的比值，用表示， (1-6) 混合液體的密度混合液體的密度：多種液體混合時，體積往往有所改變，我們假設混合液為理想溶液，則其體積等于各組分單獨存在時的體積之和。 (1-8) 壓力 壓力壓力：垂直作用于流體單位面積上的力稱為流體的靜壓力（也稱為靜壓強），簡稱壓力或壓強，用符號表示。特點：a 在靜止流體內部任意面上只受到大小相等，方向相反的壓力。b 作用于靜止流體內部任意點上所有不同方位的靜壓強在數值上相等。單位：在SI制中，壓力的單位為，又稱帕斯卡（帕），以表示。在工程單位制中，壓

7、力常用工程大氣壓（at）。單位間的換算關系：1 壓力的表示法絕對壓力、表壓、真空度，是在不同場合下為計量壓力方便而采用的三種表示方法。 注意：凡使用表壓或真空度時，必須注明，否則一律視為絕對壓力。 粘度粘性：實際流體流動時流體分子之間產生內摩擦力的特性稱為粘性。粘度：衡量流體粘性大小的物理量稱為粘度，用符號表示。粘度的單位：在物理單位制中粘度的單位為dyn·s/cm2 ，專用名稱為泊，用符號P表示。1P=100cP。在國際單位制中粘度的單位用N·s/m2或 Pa·s表示。1Pa·s=10P=1000 cP=1000mPa·s或者1cP=1mPa

8、·s2、流體靜止時的基本規律 靜力學基本方程式如圖所示，容器內盛有靜止的液體，從中任取一段垂直液柱，此液柱底面積為S，密度為，則：作用于液柱上面的力 作用于液柱下面的力 液柱自身重力 液柱處于平衡狀態時，在垂直方向上各力的代數和為零， 圖1-10 靜止液體內部力的平衡情況即： (1-16)將液柱上表面取在液面上，液面上方壓力為p0，液柱高度為，則: （1-17）式（1-16）、（1-17）為流體靜力學基本方程，它表明了靜止流體內部壓力變化的基本規律，Ø 流體靜力學基本方程只適用于靜止、連通著的同一種流體內部。圖1-12 U形管壓差計 靜力學基本方程式的應用 測量管路中流體的

9、壓強a U形管壓差計因水平面處于靜止且連通著的同種流體內部的同一水平面，故有右側左側所以 (1-18)討論：（）從上式可看出，當壓強差一定時，越小，則R數值越大，讀數誤差越小。因此為提高測量精確度，應盡量選擇與被測流體密度相近的指示劑。 （）測量氣體時，由于氣體的密度遠遠小于指示劑的密度，可忽略不計，則上式為 (1-19)b 傾斜壓差計：為了提高讀數的精度， 可以將液柱壓差計傾斜放置。c 微差壓差計若斜管壓差計所示的讀數仍然很小，則可采用微差壓差計。 液位的測量 U形管的兩端分別與設備上方氣體和容器底部相接，此時R的大小與液面高度成正比，由R值可知液位高度。 (1-22) 液封高度的計算:液封

10、高度的確定是根據流體靜力學來計算得出。一般用水封。 (1-23)實例計算1-1 如圖1-15所示，為了控制乙炔發生爐內壓強不超過10.67kpa(表壓),在爐外裝有安全液封裝置,其作用是當爐內壓強超過規定值時,氣體就從水封管排出。試求水封槽的水面高出水封管口的高度。（水的密度等于） 解：以爐內允許最大表壓力10.67Kpa為極限值。氣體剛好充滿液封管。并取液封管管口為等壓面，則 故 為了安全起見，實際液封插入水下的深度應略小于1.09m.3、流體流動時的基本規律Ø 重要概念 流量流量有兩種計量方法：體積流量、質量流量質量流量：單位時間內通過管路任意截面積的流體質量稱為質量流量，用符號

11、W表示，單位為kg/s或kg/h。體積流量與質量流量的關系： 或 （1-24） 流速 平均流速：單流體流經管路截面上各點的流速是不同的，管道中心處的流速最大，越靠近管壁，流速越小，在緊靠管壁處為零。流體在截面上某點的流速稱為點流速。流體在管道整個截面的平均流速，又稱為平均流速，簡稱流速。用u表示，單位為m/s。 質量流速：單位時間內流過單位有效面積的流體質量稱為質量流速，用G表示，單位為kg/(m2·s)。 相互關系如下： （1-27） （1-28）其中，A為垂直于流動方向的管道截面積， 圓形管路直徑的初步確定一般化工管路為圓形， 所以 （1-29）Ø 穩定流動與非穩定流動

12、的區別 穩定流動穩定流動：各截面上流體的流速、壓強、密度等有關物理量僅隨位置而改變，不隨時間而改變的流動稱為穩定流動。 圖1-17穩定流動 非穩定流動非穩定流動：各截面上流體的流速，壓強，密度等有關物理量不僅隨位置而改變，而且隨時間而變的流動就稱為非穩定流動。1122Ø 流體連續穩態流動時的物料衡算圖1-19 連續性方程分析穩定流動連續性方程：設流體在管道中作連續穩定流動，從截面1 1流入，從截面2 - 2流出，若在管道兩截面之間沒有另外的流體流入且無漏損，根據質量守恒定律，從截面11進入的流體質量流量應等于從截面2 - 2流出的流體質量流量，即 （1-30） 因為 , 所以 （1-

13、31） 因截面1 1、截面2 2是任取的，此關系可推廣到管道的任一截面，即 （1-32）上式稱為 穩定流動連續性方程。 ü 在連續穩定的不可壓縮流體的流動中，流體流速與管道的截面積成反比，截面積越大流速越小。 Ø 流體連續穩態流動時的能量衡算 流體流動時具有的機械能 位能。流體因受重力的作用，在不同的高度給予不同的位能。位能是一個相對值，其大小隨所選基準面的位置而定。 質量為的流體具有的位能 單位質量流體具有的位能 動能。由于流體具有一定流速而具有的能量，稱為動能。 質量為的流體具有的動能 單位質量流體具有的動能 靜壓能。由于流體具有一定靜壓力而具有的能量，稱為靜壓能。 質

14、量為的流體具有的靜壓能 單位質量流體具有的靜壓能 系統與外界交換的能量 外加能量。在單位質量的流體從輸送機械獲得的機械能，稱為外加能量，用We表示，單位為。 損失能量。單位質量的流體為克服阻力而損失的機械能稱為損失能量，用表示，單位為。 柏努利方程衡算范圍 如圖1-19：11至22截面之間。基準水平面：00地面圖1-20 化工流體流動系統示意圖輸入11截面的總能量 J輸入22截面的總能量 J根據能量守恒定律及轉化定律，輸入系統的機械能必須等于從系統輸出的機械能，即 （1-35）所以 （1-36） 以單位質量流體為衡算基準在流體流動過程中，對不可壓縮流體則1= 2 = = 常數，則 （1-37）

15、各項的單位為 以單位重量流體為衡算基準 （1-38）各項的單位為 以單位體積流體為衡算基準 （1-39）各項的單位為 柏努利方程式的應用Ø 確定管路中流體的壓強Ø 確定容器間的相對位置Ø 確定管路中液體的流量或流速Ø 確定輸送設備的有效功率 應用注意事項 （）作圖與確定衡算范圍。（）選取截面。（）選取基準水平面。（）統一計量單位（）壓力表示方法要一致。 應用實例計算1-2某車間用壓縮空氣來壓送98%濃硫酸，每批壓送量為0.3 m3，要求10min內壓送完畢。硫酸的溫度為293k。管子為38 ×3mm鋼管，管子出口距硫酸貯罐液面的垂直距離為15m

16、，設損失能量為7.66J/kg。試求開始壓送時壓縮空氣的表壓強 如圖1-23。解：取硫酸儲罐液面為1-1截面，管道出口為2-2截面，并以1-1為基準水平面，在1-2間有： 查附錄得硫酸密度為=1831 kg/m3柏努利方程簡化后為 為保證壓送量，實際壓力應略大于283.8 kPa。圖1-23空氣來壓送98%濃硫酸流程示意圖2211實例計算1-3 如圖1-21所示，要求出水管內的流速為2.5，管路損失壓頭為5.68m，試求高位槽穩定水面距出水管口的垂直距離為多少米？解：取高位槽水面為1-1截面，出水管口為2-2截面，以2-2截面管中心線為基準水平面，則圖1-21 例題2附圖 在1-2截面之間，柏

17、努利方程簡化為 所以 Ø 流體阻力的計算學生觀察雷諾實驗后分析講述以下內容： 流動形態與雷諾準數 流體流動類型層流：當Re2000時，流體的流動類型屬層流；湍流：當Re4000時，流體的流動形態屬湍流；在2000Re4000時，流體的流動類型屬不穩定的過渡區。 雷諾準數 （1-40）層流內層：無論流體的湍動程度如何激烈，在緊靠管內壁處總有一層作層流流動的流體薄層，稱為層流內層。 管路阻力計算 直管阻力直管阻力：直管阻力時流體流經一定管徑的直管時，由于流體的內摩擦而產生的阻力，因流體流動的全過程絕大部分由直管組成，所以直管阻力又稱沿程阻力。 （1-41）a 圓形管()層流時的摩擦系數

18、（1-42）() 粗糙度對的影響 在湍流時，管內壁高低不平的凸出物對的影響是相繼出現的。隨著的增大，越來越低的凸出物相繼發生作用，影響的數值。絕對粗糙度：管壁粗糙面凸出部分的平均高度，稱為絕對粗糙度，以表示。相對粗糙度：絕對粗糙度與管內徑的比值，稱為相對粗糙度。() 湍流時的摩擦系數的函數關系：看“圖1-24 摩擦系數與雷諾數、相對粗糙度的函數圖”。圖1-25 環形管b 非圓形管當量直徑 （1-43）對于邊長為和的矩形管，有 （1-44）c 環形管 （1-45） 局部阻力a 當量長度法（1-45）b 阻力系數法 （1-46） 總阻力的計算 （1-47） （1-48） （1-49） 流量測定皮托

19、管、孔板流量計、文氏管流量計、轉子流量計等，工作原理：都是根據流體流動過程中機械能轉化原理而設計的。簡單管路的計算簡單管路：管徑相等或由不同管徑的管段串聯組成的管路。復雜管路：指并聯管路，分支與匯合管路等。簡單管路的特點是在穩定流動的情況下，通過各段的質量流量不變，整個管路的阻力損失為各段損失之和。 已知管徑，管長，管件和閥門的設置及流體輸送量求流體通過此管路系統的能量損失，以便于進一步確定設備內壓力，設備間的相對位置或輸送設備所加入的外功。a 由流量和管徑求出流速b 算出和，查出，由已知的，求出c 將代入伯努利方程，求得E 已知管材，管徑，管長，及局部阻力系數，供液點，需液點的位置和壓力及供

20、液點的壓力情況，求流體的流速或流量。 已知管長，管件和閥門的設置，允許的能量損失及流量，求管徑。Ø 解決這類問題的關鍵在：要求得，就必須知道，求則需要，計算又需要，這樣我們就需要使用試差法。其步驟為在和之間選定一個，在合理的范圍內假設一個數值，然后由求出另一個未知數，再用曲線校核假設數值是否正確，如不正確，重新假設，直至求得正確答案。（三）液體輸送工作過程1、流體輸送機械目前常用的輸送機械按工作原理可以分為四大類：離心式、往復式、旋轉式和流體作用式。泵：通常輸送液體的機械稱為泵。風機：輸送氣體的機械稱為風機或壓縮機等。 離心泵的結構和工作過程視頻：播放離心泵結構3D動畫。視頻結束，師

21、生共同總結離心泵結構。 結構：視頻：播放離心泵工作原理2D動畫。離心泵工作原理：離心泵啟動前，先將離心泵灌滿，啟動離心泵后，泵軸帶動葉輪一起作高速旋轉運動，迫使預先充灌在葉片間液體旋轉，在慣性離心力的作用下，液體自葉輪中心向外周作徑向運動。液體在流經葉輪的運動過程獲得了能量，靜壓能增高，流速增大。當液體離開葉輪進入泵殼后，由于殼內流道逐漸擴大而減速，部分動能轉化為靜壓能，最后沿切向流入排出管路。當液體自葉輪中心甩向外周的同時，葉輪中心形成低壓區，在貯槽液面與葉輪中心總勢能差的作用下，致使液體被吸進葉輪。依靠葉輪的不斷運轉，液體便連續地被吸入和排出。 離心泵的性能和特性曲線 離心泵的性能參數圖1

22、-36離心泵揚程的測定實驗裝置圖a 流量Q 流量：泵在單位時間內向管路系統輸送的流體量，表示泵的輸液能力，常用體積流量表示。以Q表示。單位為m3/s或m3/h。影響因素：泵的結構尺寸、葉輪的轉速、葉輪的尺寸等。b 揚程H揚程：通常將泵向單位重量流體提供的有效能量稱為該機械的揚程或壓頭，單位為米液柱。c 軸功率N軸功率：泵運轉時從電動機所獲得的功率。以N表示。軸功率隨設備的尺寸、液體的粘度等的增大而增大。d 效率有效功率：單位時間內泵對輸出液體所做的功稱為有效功率Ne。 (1-54)Q-泵的流量，或；H-揚程，米液柱；-液體的密度，kg/m3；g-9.81m/s2效率：泵的有效功率與軸功率之比，

23、稱為泵的效率。即 （1-55） 離心泵的特性曲線a H-Q曲線 表示泵在輸送不同流量的液體時，加給流體的揚程。一般，離心泵的揚程在較大范圍內隨流量的增大而減小。b Ne-Q曲線 表示軸功率與流量的關系。離心泵的軸功率隨流量的增大而增大，流量為零時軸功率最小。故離心泵啟動時應關閉泵的出口閥門，使電機的啟動電流減少，以保護電機。c 曲線 當流量Q=0時，；隨著流量的增大，泵的效率也增大，達到以最大值后，又隨流量的增加而下降。 汽蝕現象的發生與離心泵的安裝高度 汽蝕現象：當泵的安裝位置達到一定的高度，使泵吸入口的壓力等于或低于輸送液體的飽和蒸汽壓時，液體就會發生汽化現象。氣泡隨液體從低壓區進入高壓區

24、的過程中，因壓力升高氣泡迅速凝結，氣泡的消失形成真空，周圍液體以極高的速度向氣泡中心沖去，產生非常大的沖擊壓力，對葉輪和殼體造成撞擊和振動，同時液體中的微溶氧對金屬有一定的化學腐蝕，日久致使葉輪變成海綿狀或大塊脫落，泵不能正常運轉，甚至吸不上液體。這種現象稱為泵的汽蝕現象。避免汽蝕現象方法：為了避免汽蝕現象的發生，要限制泵的安裝高度。 離心泵的安裝高度A 汽蝕余量B、允許吸上真空高度C、 離心泵的允許安裝高度離心泵的允許安裝高度：是指能夠避免氣蝕現象發生，儲槽液面與泵吸入口之間的最大垂直距離，也稱允許吸上高度，以表示 離心泵輸送流量變化的調節方法圖1-38離心泵允許安裝高度示意圖 管路的特性曲

25、線管路特性方程圖1-36路特性曲線：或管路特性曲線：把方程中的關系描繪出的曲線稱管路特性曲線。 流量調節方法a 改變管路特性曲線b 改變泵的特性曲線c 回路調節 離心泵的選擇 離心泵的類型清水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質泵、屏蔽泵、低溫用泵等。例 IS100-80-125 離心泵的選用原則2、液體輸送機械能力拓展往復泵 往復泵的結構和工作原理解讀視頻：播放往復泵工作原理2D動畫。 結構往復泵是典型的容積式泵，主要由泵缸、活塞和單向閥所構成。 往復泵工作原理工作原理：借助往復運動的活塞將機械能以靜壓能的形式直接傳給液體。當活塞向右運動時，泵缸內工作容積增大而形成低壓，造成真空，排出閥受壓而自動關閉，

26、吸入閥開啟，液體進入泵缸內，當活塞移至右端點，吸夜故過程結束；當活塞向左運動時，工作容積減小，活塞的擠壓使液體壓力升高，吸入閥受壓關閉，液體不斷沖開排出閥向外排液。活塞不斷地往復運動，液體交替地吸入和排出，可見，往復泵是由活塞將外功以靜壓強的方式直接傳給液體的，而且不能連續地排出液體。（四）操作技能訓練1、流體流動阻力測定仿真實訓 通過仿真實訓的操作，測定光滑管、粗糙管和孔板的阻力大小變化，使學生在模擬的環境下，理解管道和管件的阻力大小變化的規律。 掌握阻力系數的測定方法和操作過程，能達到獨立操作，采集數據并能進行分析 ，寫出實訓報告。2、流體流動阻力測定實訓裝置（計算機數據采集型） 能全面了解流體在流動過程中所涉及的流體阻力實驗方法、流量計、倒U型壓差計及電容式差壓變送器的操作使用方法。 管阻力（光滑管、粗糙管）、局部阻力測定實驗，湍流區與雷諾數Re的關系。3、雷諾實訓裝置 能定性